Preview

Травматология и ортопедия России

Расширенный поиск

БИОМИНЕРАЛОГИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЭФФЕКТОВ В АПАТИТАХ

https://doi.org/10.21823/2311-2905-2016-0-2-57-63

Полный текст:

Аннотация

Исследование пьезоэлектрических эффектов в апатитах проводили с целью оценить электрические характеристики костей скелета. Первым этапом был выполнен минералогический анализ различных кристаллов в отношении их чистоты и пригодности для целей эксперимента. После отбора кристаллов, из них формировали пластины толщиной 0.8 мм, выпиливая их перпендикулярно и параллельно кристаллографической оси. Пластины полировали, после чего наносили золотое напыление. Электроды присоединяли к противоположным поверхностям пластин, используя проводящий клей. Подготовленные таким образом пластины фиксировали к аппарату ЭЭГ, используемому для исследования электрической активности головного мозга, после чего по пластинам аккуратно постукивали для наблюдения и регистрации вырабатываемого тока. Полученные данные обрабатывали, вычитая из результирующих показателей те, что были получены в результате движения руки, не учитывая постукивания по пластине. Результаты демонстрируют наличие у апатитовых пластин слабых электрических характеристик. Наблюдаемый феномен можно применить к костному апатиту, что могло бы, по крайней мере, отчасти, объяснить электрические характеристики скелета. Полученные результаты позволяют предположить наличие взаимосвязи между механической рабочей нагрузкой костей (костный апатит) и их электрическими характеристиками. Учитывая обширную внутреннюю поверхность костей, их можно расценивать как некую внутреннюю «антенну», реагирующую не только на механическое воздействие, но и на изменения в электромагнитном поле. Без сомнения, наблюдаемый феномен существенно влияет на биологические процессы в скелете и организме человека.

Об авторе

М. Павликовски
AGH Университет науки и технологии, лаборатория биоминералогии, кафедра минералогии, петрографии и геохимии, факультет геологии, геофизики и охраны окружающей среды, пр. Мицкевича 30, 30-059 Краков, Польша
Россия

профессор кафедры минералогии, петрографии и геохимии, факультет геологии, геофизики и охраны окружающей среды, AGH Университет науки и технологии



Список литературы

1. Ahn AC, Grodzinsky AJ. Relevance of collagen piezoelectricity to “Wolff’s law”: a critical review. Med. Eng. Phys. 2009; 31:733-741.

2. Anderson JC, Eriksson C. Electrical properties of wet collagen. Nature. 1968; 21:166-168.

3. Aschero G, Gizdulich P, Mango F, Romano SM. Converse piezoelectric effect detected in fresh cow femur bone. J. Biomech. 1996; 29:1169-1174.

4. Basset CA, Becker OR. Generation of electric potentials by bone in response to mechanical stress. Science. 1962; 137:1063-1064.

5. Cerquiglini S, Cignitti M, Salleo A. On the origin of electrical effects produced by stress in the hard tissues of living organisms. Life Science. 1967; 6(24): 2651-2660.

6. Curie J, Curie P. Développement, par pression, de l’électricité polaire dans les cristaux hémièdre à faces inclinées. Présentée par M. Friedel. Comptes rendus de l’Académie des sciences. 1880a: 91:294-295.

7. Curie J, Curie P. Sur l’électricité polaire dans les cristaux hémièdre à faces inclinées. Présentée par M. Desains. Comptes rendus de l’Académie des sciences. 1880b; 91:383-386.

8. Curie J, Curie P. Lois du dégagement de l’électricité par pression, dans la tourmaline. Présentée par M. Friedel. Comptes rendus de l’Académie des sciences. 1881a, 92: 186-188.

9. Curie J, Curie P. Les cristaux hémièdre à faces inclinées, comme sourcesconstants d’électricité. Présentée par M. Desains. Comptes rendus de l’Académie des sciences. 1881b; 93: 204-207.

10. Curie J, Curie P. Sur les phénomènes électriques de la tourmaline et des cristaux hémièdre à faces inclinées.Présentée par M. Friedel. Comptes rendus de l’Académie des sciences. 1881c; 92:350-353.

11. Curie J, Curie P. Contractions et dilatations produites par des tensions électriques dans les cristaux hémièdres à faces inclinées, Présentée par M. Friedel. Comptes rendus de l’Académie des sciences. 1881d; 93:1137-1140.

12. Curie J, Curie P. Déformations électriques du quartz. Présentée par M. Desains. Comptes rendus de l’Académie des sciences. 1882a; 95:914-917.

13. Curie J, Curie P. Phénomènes électriques des cristaux hémièdre à faces inclinées. J de Physique. 1882b; 2nd series, 1:245-251.

14. Curie J, Curie P. Quartz piézo-électrique. Phil Mag. 1893; 36:340-342.

15. Curie J, Curie P. Dilatation électrique du quartz. J de Physique. 1889; 2nd series, 8:149-170.

16. Fukada E, Yasuda I. On the Piezoelectric Effect of Bone. J. Phys. Soc. Jpn. 1957; 12(10):1158-1162.

17. Garland DE, Moses B, Salyer W. Long-term follow-up of fracture nonunions treated with PEMFs. Contemp. Otrhop. 1991; 3(22): 295-302.

18. Jacobson-Kram D. Tepper J. Kuo P et al. Evaluation of potential genotoxicity of pulsed electric end electromagnetic fields used for bone growth stimulation. Mutation Research. 1997; 388:45-57.

19. Johnson MW, Chakkalakal DA, Harper RA, Katz JL. Comparison of the electromechanical effects in wet and dry bone. J Biomech. 1980; 13:437-442.

20. Korostoff E. A linear piezoelectric model for characterizing stress generated potentials in bone. J Biomech. 1979; 12:335-347.

21. P awlikowski M, Niedźwiedzki T, Mineralogia kości (Mineralogy of bones). Polish Acad. Sci. Kraków. 2002: 111 р.

22. P ienkowski D. Pollack S.. The origin of stress-generated potentials in fluid-saturated bone. J. Orthop. Res. 1983; 1:30-41.

23. Salzstein RA, Pollack SR, Mak AFT, Petrov N., Electromechanical potentials in cortical bone . J. Biomech. 1987; 20(3):261-270 .

24. Starkebaum W., Pollack S.R., Korostoff E.J. Microelectrode studies of stress-generated potentials in four-point bending of bone, J. Biomed Mater Res. 1979; 13(5):729-51.

25. Szewczenko J. Zjawiska elektryczne w kościach długich. Przegl. Elektrotechn. 2005; 81(12):94-97.

26. Weinbaum S, Cowin SC, Zeng Yu. A model for the excitation of osteocytes by mechanical loading-induced bone fluid shear stresses, J Biomech. 1994; 27:339-360.

27. Weigert M, Wehahn C. The influence of electric potentials on plated bones. Clin. Orthop. 1977; 124:20-30.

28. Williams WS, Breger L. Analysis of stress distribution and piezoelectric response in cantilever bending of bone and tendon. Ann. N.Y. Acad. Sci. 1974; 238:121-130.

29. Elliot JC, Wilson RM, Dowker SEP. Apatite structure. advances in X-ray analysis. 2002; 45:172-181.

30. Yasuda I. Fundamental aspects of fracture treatment. J. Kyoto Med. Soc. 1953; 4:395-406.

31. Żuk T, Dziak A, Gusta A. Podstawy ortopedii i traumatologii. Warszawa: PZWL; 1980. 42 р.


Для цитирования:


Павликовски М. БИОМИНЕРАЛОГИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЭФФЕКТОВ В АПАТИТАХ. Травматология и ортопедия России. 2016;(2):57-63. https://doi.org/10.21823/2311-2905-2016-0-2-57-63

For citation:


Pawlikowski M. BIOMINERALOGICAL INVESTIGATION OF APATITE PIEZOELECTRICITY. Traumatology and Orthopedics of Russia. 2016;(2):57-63. https://doi.org/10.21823/2311-2905-2016-0-2-57-63

Просмотров: 229


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2311-2905 (Print)
ISSN 2542-0933 (Online)